大理河流域水土保持减沙趋势分析及其成因

在1960～1999年长系列的水文资料和降雨量资料的基础上,分析了大理河流域输沙量和年降雨量的时间变化趋势,发现在1972年以来产沙量减少的总体背景之下,出现了1986～1999年间产沙量增加的近期趋势,分析表明,这一增加趋势与20世纪80年代以后淤地坝修建量大为减少,70年代修建的淤地坝已大部分淤满失效密切相关.此外,90年代人为增沙量大幅度增加,已占水土保持减沙量的20%左右,部分抵消了水土保持措施的减沙效益,这也是90年代产沙量增加的重要原因.因此,要重视该地区淤地坝的后续建设,配合坡面各种措施进行综合治理,实现该流域拦沙效益的持续性,同时还应关注新增水土流失问题.     

无定河淤地坝拦沙措施时间变化的分析与对策

运用大量实测资料对无定河淤地坝及其拦沙效应进行了研究。坝地面积增加率在20世纪70年代达到峰值。80年代发生显著衰减，90年代进一步衰减。用水文法对无定河流域水土保持措施的减沙效益进行了估算．结果表明，减沙效益从70年代开始急剧增大，并在70年代末、80年代初达到峰值，随后有减小的趋势。历年新增坝地面积从60年代中期开始急剧增大，并在70年代初达到峰值．随后有减小的趋势。由于后续淤地坝的建设未能及时跟上，新增坝地面积在70年代末和80年代中大幅度减少后．随着原有的淤地坝逐渐淤满失效，淤地坝减沙效益衰减。在这一因素的影响下，无定河产沙量在70年代开始大幅度减小，但在1986～1996年，修建于60年代末、70年代和80年代初的淤地坝相继淤满失效之后．后续淤地坝建设未能跟上，故无定河产沙量有增加的趋势。基于本研究，我们建议．在无定河的水土保持中应加强淤地坝建设，实现淤地坝的持续拦沙效应，才能使入黄泥沙减少的趋势能够长期持续下去。     

大理河流域水土保持措施减沙效益与影响因素关系分析

 利用大理河流域1960—2002年的系列水文资料和水土保持成因分析法计算结果,分析大理河流域减沙效益与措施保存面积、配置比例和汛期降雨量等影响因素的关系,以及大理河流域淤地坝措施减沙量与坡面措施减沙量的关系。结果表明:现状水土流失治理条件下,大理河流域仅靠坡面治理措施取得的减沙效益只有9%,取得最大减沙效益的水土保持措施梯田、林地、草地、坝地最优配置比例为18.6∶73.2∶4.6∶3.6,保持流域水土保持措施较高减沙效益的坝地配置比例为4%;大理河流域水土保持措施减沙量与汛期降雨量关系最为密切,二者呈正相关关系;流域水土保持措施减沙能力表现最充分的汛期降雨量值区间约为300～500mm;大理河流域治理期有21年坡面措施减沙量小于600万t/a,淤地坝措施减沙量均在3000万t/a以内变化。20世纪90年代以来,流域坡面措施减沙量与淤地坝措施减沙量关系比较密切,淤地坝措施减沙量的增幅小于坡面措施减沙量的增幅。     

延河流域骨干坝拦沙量反推与未来可拦沙年限预测

定量研究延河流域淤地坝拦沙贡献率和未来可拦沙潜力,对流域淤地坝建设效益分析具有重要的参考价值。根据延河流域1952—2018年的径流输沙数据和2011年全国水利普查中的骨干坝建坝年限、控制面积、总库容和淤积库容等资料,构建了延河流域骨干坝拦沙量反推计算模型,计算了延河流域骨干坝逐年拦沙量与减沙贡献率,预测了骨干坝未来可拦沙年限。结果表明:不同年代延河流域骨干坝年均拦沙量持续增加,2000—2011年多年平均拦沙量为401万t/a,达到最大值;人类活动是延河流域年输沙量减少的主要因素,1997—2005年和2006—2011年人类活动对延河流域减沙量的贡献率分别为63.44%和84.98%;骨干坝拦沙量在人类活动减沙量中的占比呈减小趋势,1997—2005年占比24.67%,2006—2011年占比7.46%;截止2019年,延河流域62%的骨干坝未来拦沙年限为30年以内,并且北部骨干坝未来可拦沙能力大于南部骨干坝。研究结果可为延河流域水土流失防治与效益评价、水土保持措施规划与布局以及流域综合管理等提供参考依据。     

黄河中游水利水土保持措施减沙作用研究的回顾与展望

 黄河中游水利水土保持措施减沙关系黄河治理战略全局,对其进行回顾和展望,可为目前开展的黄河综合规划修编提供重要参考。结果表明:1960—1984年,平均每年拦蓄泥沙约5亿t,其中干流水库1.0亿t(19.6%)、支流水库1.2亿t(23.5%)、灌溉引沙0.6亿t(11.8%)、淤地坝拦沙2.0亿t(39.16%)、梯田拦沙0.3亿t(5.9%);到20世纪80和90年代,这种减沙构成略有变化,总体来看,水利措施减沙比例变化不大,而水土保持措施拦沙比例有所减小;70—90年代,黄河中游年均减沙3亿t左右,目前,水利水土保持措施现状减沙约3.5亿～4.5亿t。展望水利水土保持措施减沙作用后认为:近年来,黄土高原水土流失地区暴雨强度较小,实测来沙量资料不能作为黄河综合规划修编中水土保持现状减沙效果计算的主要依据;由于未来黄河中游来沙量变化取决于多种因素的组合,因此,对未来水利水土保持措施减沙作用应持慎重和偏于安全的态度,并作为今后长期认真研究的问题。     

皇甫川流域水利水保工程减沙效益分析

皇甫川流域,50年代降雨量、径流量和产沙量偏丰,80年代偏枯,70年代暴雨次数多、雨量大、雨强高。采用“水保法”计算,水利水保工程平均每年减沙444.7万t,占多年于均产沙量的7.9%;采用“降雨-产沙公式法”计算,平均每年减沙276～332万t,约占多年平均产沙量的5％。水利水保工程起到了减沙作用。为进一步减少入黄泥沙,今后仍需继续加强流域综合治理工作。     

不同库容配置比例淤地坝的减沙效应

根据调查资料,采用数理统计方法,以黄河中游大理河流域为研究对象,进行了基于不同配置比例的淤地坝减沙效应分析和影响因子贡献率研究。结果表明,大理河流域大、中、小型淤地坝的坝地保存面积依时序增长的趋势比较显著,但近期明显变缓。1960－2002年流域淤地坝年均减少洪水1840万m3,年均减沙1290万t;流域大、中、小型淤地坝减沙量占总减沙量的比例分别为80.1%、14.6%和5.3%;90年代以来淤地坝的减沙效益最大,达到30.2%,对应的淤地坝的配置比例为1.84：2.37：5.79;大型淤地坝（含骨干坝）减沙量是中型淤地坝的5.5倍,是小型淤地坝的15倍;未来流域实现持续减沙作用的淤地坝优化配置比例可按1：3.0：7.0选取。流域不同类型淤地坝的减沙量与汛期降雨和最大1日降雨密切相关,在淤地坝减沙能力范围内,汛期降雨量和最大1日降雨量越大,其减沙量越大,具有“多来多拦”的显著特点。不同年代淤地坝减沙量与洪水量呈正相关线性关系;20世纪70、80年代单位立方米洪水对应的淤地坝减沙量约为0.19 t/m3,90年代以后约为0.23 t/m3。淤地坝减沙模数随着3个主要影响因子的增大而增大。各影响因子对流域淤地坝减沙模数变化的贡献率由大到小排序为：洪水量＞汛期降雨量＞最大1日降雨量。     

黄河流域鄂尔多斯十大孔兑淤地坝减沙效应

为了定量评价十大孔兑地区淤地坝的减沙效益,基于历史资料整理与实地详查,统计了十大孔兑地区1986年以来现存淤地坝的数量和分布特征;采用淤积体概化法,确定了影响淤地坝减沙量的主要参数,并计算了研究区354座淤地坝的减沙量。结果表明：十大孔兑354座淤地坝累计减沙3.205 61×10⁷t,其中减沙量最大的孔兑为西柳沟,达1.239 76×10⁷t;通过分析不同时段淤地坝的减沙特征表明,1986—1999年、2000—2009年和2010—2018年3个时段的淤地坝减沙量分别为4.946 6×10⁶t, 1.155 57×10⁷t, 1.555 38×10⁷t。十大孔兑地区淤地坝具有显著的减沙作用,具有很高的减沙指标(达5 720.33～58 141.81 t/座),2000年以后的两个时间段内,随着坡面林草措施的增加,淤地坝减沙量增加,表明在这一地区,淤地坝仍然是最有效的水土保持措施之一。     

黄河中游淤地坝工程可持续减沙途径分析

黄河中游地区淤地坝的减洪减沙作用十分显著,但20世纪80年代以后呈降低趋势,如何实现淤地坝的可持续减沙作用值得探讨.以黄河中游淤地坝工程最多的黄河二级支流大理河流域为例,采用“水保法”计算了梯田、林地、草地、坝地四大水土保持措施的减洪减沙量,分析了淤地坝减沙总量及其变化过程,探讨了淤地坝工程实现可持续减沙的技术途径.结果表明,大理河流域平均每淤1 hm2坝地需要泥沙75 000 t;要达到1 km2流域面积发展坝地3.33 hm2的目标,需要17 a左右的时间;实现淤地坝可持续减沙作用的布坝密度为2.5座/km2;未来大、中、小型淤地坝的配置比例为1∶2.5∶5.5;进行坝系建设时应尽量采用自下游向上游的建坝时序.要实现黄河中游淤地坝的可持续减沙作用,应从坝地发展速度、布坝密度与大、中、小型淤地坝配比、建坝时序及坝体加高5大技术途径方面进行综合分析和实施.同时,还应从淤地坝的后续建设、坡沟兼治、预防超标准洪水、明晰产权制度和加强管理养护等方面,完善并制订相应的政策措施.尤其要重视淤地坝建设的相关科学研究,努力提高其科技含量.     

黄河中游地区侵蚀产沙规律及水保措施减洪减沙效益研究综述

 黄河中游的粗泥沙主要来源于河龙区间(河口镇至龙门)以及泾、洛、渭等几条支流,粗沙来源区与多沙来源区基本一致,形成所谓的多沙粗沙区。黄河中游多沙粗沙区面积为7.86万km2,以22.8%的面积产生了69.2%的总输沙量和772%的粗泥沙量。黄土丘陵沟壑区一副区的土壤侵蚀模数最高,达1万2420～3万6440t/(km2 ·a)。水土保持措施(梯、林、草、坝等)起到了很好的减洪减沙作用。多项有关河龙区间的研究成果(水文法)表明:20世纪70年代,水土保持措施年均减沙量为2.08亿～2.75亿t,80年代为3.20亿～4.48亿t,90年代(1990—1996年)为3.16亿t。泾河、洛河、渭河等支流,水土保持措施的减洪减沙效益也十分突出。森林植被通过林冠层、枯落物层和根系土壤层的分层拦截吸收,起到突出的减洪减沙作用。晋西、陇东等试点流域,人工林区与无林或少林区相比,减沙效益高达78%～96%,消除了洪峰流量及猛涨猛落的洪水过程,从根本上控制了土壤侵蚀。今后,应加强不同尺度流域间,水沙运移规律的尺度转换等有关研究。     

黄河中上游地区水利水保措施蓄水拦沙作用分析评价

对黄河中上游地区水利水保措施的蓄水拦沙作用分析的结果表明,现阶段水保措施年均蓄水量为10亿m~3,年均拦沙量3亿t,支流水库和淤地坝的拦沙量占水保措施拦沙量的77.8％。这种蓄水拦沙作用是在80、90年代降雨量减少的情况下得出的,由于前期积累、隐蔽、潜伏着许多泥沙问题,某些支流遇到较大暴雨产沙量激增,这对黄河下游可能会造成一定影响。当前应当把更多的精力和投资放在沟道的整治和利用上,大力修建控制性的大型骨干水库或淤地坝。     

无定河流域水土保持措施配置及减沙效益分析

从分析无定河流域不同时段水土保持措施配置入手,以减沙效益为研究目标,探讨了水土保持措施优化配置问题。分析认为:水土保持措施配置与减沙效益是密切相关的,淤地坝在水土保持措施配置中应占有合理比例,无定河流域坝地配置比例应大于3%;坡面治理措施配置中需进一步加大封禁治理比例。     

泾洛渭河三流域水保措施减水减沙作用研究

以采用“水保法”计算为主,对泾河、北洛河、渭河三流域水土保持措施减水减沙作用进行了研究,结果是:1970~1996年,三流域水保措施年均减洪1.875亿m3,年均减洪沙0.743亿t;水利水保措施年均减洪11.239亿m3,年均减洪沙0.943亿t;水利水保措施年均减水34.816亿m3,年均减沙1.106亿t。三流域1990~1996年年均减水38.251亿m3,年均减沙1.086亿t。在减水减沙中,水利水保措施居主导地位,降雨变化的影响居次要地位。     

黄河中游多沙粗沙区1997-2007年的水沙变化趋势及其成因

基于近期水文泥沙和降水资料对黄河中游多沙粗沙区水沙变化进行了研究,结果表明,1997年以来,黄河中游多沙粗沙区的水沙变化出现了新的特点,产沙量变化趋势发生了改变,表现出明显的减小趋势。1986-1996年间,河口镇至龙门区间平均产沙量为5.08亿t/a;1997-2007年间,减小为2.33亿t/a,减小幅度达54.1%。在总体上来看,从1970年开始,河口镇至龙门区间产沙量具有明显的减小趋势。但在总体下降的趋势中,表现出次一级的变化趋势,即产沙量先下降,在1986年达到最低值后再增大,在1996年达到最大值后再减小。1998-2006年,产沙量与降水量之间的决定系数仅为0.017,二者不相关,产沙量的变化与降水量变化的关系不大。这说明,人类活动已经完全改变了产沙量与降水量关系,成为支配产沙过程的主导因素。1997年以后,水沙关系也发生了根本性的变化。1970年以来,河龙区间水土保持措施的减沙效益表现出复杂的变化,减沙效益先增大,达到峰值后减小,减小到最小值后再增大。人类活动对产沙量变化的贡献率呈增大趋势,1998-2006年间人类活动对产沙量变化的贡献率达到65%,年降水量变化对产沙量变化的贡献率减小为35%。1997年以来河口镇至龙门区间产沙量的大幅度减少,与水土保持措施的加强、大面积退耕还林草的实施、淤地坝建设力度的大大加强、大面积封禁治理的实施和大规模农村剩余劳动力的转移有密切的关系。     

从静乐水文站水沙变化看汾河上游水保综合治理的作用

汾河上游实施了近20年的水保综合治理,1988～2005年静乐水文站以上流域累计完成水土保持综合治理措施面积601.62km2,其中完成基本农田建设8990.82hm2、植被建设51370.91hm2。对汾河上游综合治理前后静乐水文站50年(1956～2005年)来不同时段的降水量、径流量、输沙量及含沙量资料进行统计分析的结果表明:20世纪50、60年代降水量、径流量、输沙量总体上偏丰;70、80年代总体上偏枯;进入90年代降水量、径流量较70、80年代均有明显的增加,但输沙量没有增加;2000年以来降水量变化虽不大,但径流量、输沙量均大幅度地减少。汾河上游实施水保综合治理后,水土流失得到有效遏制,生态环境明显改善,水环境得到了有效的保护。     

渭河水沙变化及其影响因素分析

渭河是黄河的一条多泥沙支流 ,1970年之前每年向黄河输送泥沙 1 85亿t。渭河具有水沙异源的特点 ,泥沙主要来自南河川站以上地区 ,径流主要来自南河川站至咸阳站区间流域。 1970～ 1996年 ,流域内水利水保措施年均减水2 5 5亿m3 ,年均减沙 0 6792亿t,发挥了重要的蓄水拦沙和削洪作用。流域内人类活动有使泥沙增长的势头     

大理河流域不同时间尺度水沙变化影响因素及趋势研究

近几十年来黄河中游水沙特征有所改变,以黄河中游典型流域大理河为例,通过分析流域气候及下垫面变化.探求流域产流、产沙量变化的原因及趋势.结果表明:流域水土保持措施的减水、减沙效益从1972年后开始显现,1960年代至1990年代,大理河流域产流、产沙量出现了一个先减少再增大的过程.以1960年代为基准,1970年代降雨与下垫面产流能力对流域产流量减少的影响比较接近(51.7%.42.2%),而在1980,1990年代降雨的影响要小于下垫面产流能力的影响(1980年代为27.0%,64.1%;1990年代为38.4%,54.9%);但在汛期尺度上,降雨、下垫面产流能力对流域产流量的影响此消彼长,随时间变化看不出什么规律.受气候以及水土保持措施等的影响,未来大理河流域多年平均尺度下流域产流量、产沙量将会减少,但在某些小的时间尺度(次暴雨)内的产流量、产沙量将有增大的可能;水力侵蚀将会减少,但风力侵蚀却有加强的趋势.     

皇甫川流域近期水土保持措施减沙效益分析

利用皇甫川流域降雨量、水土保持措施数量以及皇甫川把口站年径流量和年输沙量资料,采用水文分析法及水土保持分析法计算近期(1997—2006年)流域水土保持措施的减沙效益。计算结果表明,皇甫川流域1997—2006年水土保持措施年均减沙量为657.9万t,经与前期研究成果对比分析,论证了水土保持分析法计算结果的合理性。同时,对减沙效益计算方法进行了评价,分析了目前水文分析法存在的理论缺陷,并建议改进其计算方法。